JP3348236B2 - アルカリ電解液を用いる空気電池の空気極集電材料及びそれを備えたアルカリ電解液を用いた空気電池 - Google Patents

アルカリ電解液を用いる空気電池の空気極集電材料及びそれを備えたアルカリ電解液を用いた空気電池

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alkaline electrolyte
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素を活物質に用いる
ガス拡散電極(空気極)の集電材料と、それを備えた
ルカリ電解液を用いた空気電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の空気電池の正極であるガス拡散電
極(空気極)の集電材料にはステンレスや鉄の線材を平
織りで約40メッシュに編んだネットが母材として用い
られている。実際に電池の集電体として用いる場合に
は、導電性及び電解液安定性などの面から上記の母材に
ニッケルメッキを施したものが用いられる。このような
ニッケルメッキを施したネットを芯材として、カーボン
に白金を担持した触媒粉末や、あるいはマンガン酸化
物、活性炭の混合粉末に導電材としてカーボンブラック
を加え、水溶性ふっ素樹脂ディスパージョンを結着剤と
して混練したものなどを充填することによりガス拡散電
極を構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来のニッケルメッキを施した集電材料は、酸素還元能を
有するガス拡散電極として電池に組み込まれるが、この
酸素による酸化作用によりその表面に薄い酸化被膜が形
成される。
【0004】さらに、電解液にアルカリを用いる空気電
池においては電池保存中に比較的濡れ性の高い金属表面
にアルカリが浸透し表面の酸化作用を促進する。
【0005】この表面酸化が進むと電気的接触状態が低
下し電池として内部抵抗の増加による放電電圧の低下を
引き起こすことになる。また、集電材料表面に電解液が
浸透してくると触媒材料との接触性が低下し同様に内部
抵抗の増加を引き起こす。ボタン電池のように大電流を
必要としない電池においては問題は少ないが、単3形の
ような円筒形の電池に適用する場合、大電流を必要とす
るためにこのような内部抵抗の増加は大きな問題とな
る。
【0006】本発明はこのような課題を解決するもの
で、上記のような電池保存中における内部抵抗の増加を
少なくし、強負荷放電特性に優れたアルカリ電解液を用
いた空気電池を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は金属線メッシュに黒鉛導電性塗料を塗布し
アルカリ電解液を用いる空気電池空気極集電材料を
空気極集電体に用いる。金属線はステンレス線、ニッケ
ル線、ステンレスにニッケルメッキを施した線のうち少
なくとも1つを含む線とする。黒鉛導電性塗料は導電性
物質として黒鉛を含み、バインダーとして塩化ビニル、
エポキシ樹脂、ポリアミドイミド及び水ガラスのうち少
なくとも1つを含む塗料とする。
【0008】
【作用】黒鉛の撥水性は非常に高く、液滴の接触角の測
定値を基準に撥水性を判断すると、黒鉛が108度、ポ
リテトラフルオロエチレンが104度であり黒鉛はふっ
素樹脂に匹敵する。一方、金属は濡れ性が高く10度付
近であり撥水性は乏しい。従って黒鉛導電性塗料を金属
線メッシュよりなる集電材料に塗布すると黒鉛の撥水性
により、電池保存中に電解液が集電材料表面に浸透しに
くくなるため触媒材料との結着性は良好のまま保たれ電
池内部抵抗の増加は起こらない。また、黒鉛の被膜によ
り金属線表面が被覆されているので酸素酸化により導電
性の低い金属酸化物の被膜が形成されることを防ぎ電気
的接触状態を良好に保つことができる。
【0009】
【実施例】以下、図面とともに本発明を具体的な実施例
に沿って説明する。
【0010】図1に本発明を適用した円筒形空気亜鉛電
池の構造半断面図を示した。図中の1は触媒層を含む3
層構造の円筒状の空気極で、内側から2は触媒層、3は
集電体層、4は撥水性ふっ素樹脂多孔膜層である。
【0011】空気極1は黒鉛導電性塗料で被覆した集電
体ネットに触媒層シートをプレスにより圧着する。この
触媒層シートは活性炭3kg、マンガン酸化物4kg、
カーボンブラック1.5kg及びふっ素樹脂粉末0.7
kgを混合し、この混合合剤にエチルアルコールを加え
混練した後、押し出し成形により偏平帯状にし、更に約
60℃に加熱した2本ローラ間に通して圧延し0.6m
mのシートにしたものである。次に触媒層シートを圧着
した裏側にふっ素樹脂微粉末の分散液を塗布し、乾燥す
る。
【0012】このふっ素樹脂分散液を塗布することによ
り電解液が電極を貫通し、この面に液膜を作り酸素ガス
の供給を妨害することを防いでいる。最後にふっ素樹脂
微粉末分散液を塗布した側に、ガス透過能を有する撥水
性ふっ素樹脂多孔膜をプレス圧着することにより、触媒
層2、集電体層3及び撥水性ふっ素樹脂多孔膜層4から
なる3層構造の平盤の空気極1を作成する。このように
作成した平盤の空気極1を触媒層2が内側になるように
湾曲し触媒層2と撥水性ふっ素樹脂多孔膜層4の両端部
の一部を重ねて筒形とする。
【0013】ついで、この重なった部分の触媒層2及び
撥水性ふっ素樹脂多孔膜層4の一部を取り除いて露出し
た集電体層3をスポット溶接し、液密の状態にない接合
部に合成ゴム系の接着剤を充填し液密に補修する。以上
の工程により、3層構造の円筒形の空気極1を作り上げ
る。5はセロハンセパレータ、6はゲル状亜鉛負極であ
る。ゲル状亜鉛負極6は以下のようにして調整した。4
0重量%の水酸化カリウム水溶液(酸化亜鉛を3重量%
含む)に3重量%のポリアクリル酸ソーダと1重量%の
カルボキシメチルセルロースを加えてゲル化する。次に
ゲル状電解液に対して重量比で2倍の亜鉛粉末を加えて
混合し、ゲル状亜鉛負極6とした。7は空気拡散紙、8
は正極缶、9は絶縁チューブである。10は空気取り入
れ孔で、11は電池を使用する前にはがす密封シール、
12は皿紙、13は正極キャップである。13と14は
金属製のキャップで13と14の間に円筒形空気極1を
挟み込み圧着させ、正極缶8とスポット溶接することに
より集電する。15は有機封止剤、16は樹脂封口体、
17は負極端子キャップ、18は負極集電子である。
【0014】上記のように作成した本発明の円筒形空気
亜鉛電池と本発明を適用しない円筒形空気亜鉛電池の組
立直後の電池内部抵抗と60℃、密封状態での初度及び
保存10日後並びに20日後の電池内部抵抗の測定結果
を比較したものを表1に示した。
【0015】
【表1】
【0016】表1において電池種No.1は線径160
μmのステンレス線を用いた40メッシュのネットにニ
ッケルメッキを約3μm施し、さらに導電性物質として
黒鉛微粉末、バインダーとしてポリアミドイミドである
導電性塗料を塗布し乾燥させて出来上がった集電体を用
いた電池である。以下同様に電池種No.2からNo.
4は表1中に示した導電性物質とバインダーとの塗料を
塗布した集電体を用いた電池である。
【0017】電池種No.5はニッケルメッキのみを施
し、導電性塗料を塗布していない集電体を用いた電池で
ある。表1から明らかなように電池種No.1からN
o.4までのいずれの導電性塗料においても程度の差は
あるが保存後の電池内部抵抗の上昇は、導電性塗料を塗
布しない電池種No.5と比較して低くなっていること
がわかる。
【0018】このことは、黒鉛導電性塗料を集電体ネッ
トに塗布すると黒鉛の撥水性により、電池保存中に電解
液が集電体表面に浸透しにくくなるため触媒材料との結
着性は良好のまま保たれ電池内部抵抗の増加は起こらな
かったものと考えられる。
【0019】また、黒鉛の被膜により金属線表面が被覆
されているので酸素酸化により導電性の低い金属酸化物
の被膜が形成されることを防ぎ電気的接触状態を良好に
保つことができたものと考えられる。
【0020】 本実施例においてはステンレスにニッケル
メッキを施した線を集電材料の母材としたが、ステンレ
ス線、ニッケル線においても同様であった。そして集電
体ネットとして縦糸に横糸を螺旋状に織り込んだいわゆ
るシームレスの円筒金網を用いても同様であった。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば金属線メッシュに黒鉛導電性塗料を塗布した空気
極集電材料を用いることにより放電性能及び保存性能に
優れた空気電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における円筒形空気亜鉛電池
の構造半断面図
【図2】図1のA部分の拡大構造断面図
【符号の説明】
1 空気極 2 触媒層 3 集電体層 4 撥水性ふっ素樹脂多孔膜層 5 セロハンセパレータ 6 ゲル状亜鉛負極 7 空気拡散紙 8 正極缶 9 絶縁チューブ 10 空気取り入れ孔 11 密封シール 12 皿紙 13 正極キャップ 14 金属製キャップ 15 有機封止剤 16 樹脂封口体 17 負極端子キャップ 18 負極集電子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−96437(JP,A) 特開 昭54−110435(JP,A) 特開 平4−242072(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/64 - 4/84 H01M 4/86 - 4/88 H01M 12/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属線メッシュに黒鉛導電性塗料を塗布
    したことを特徴とするアルカリ電解液を用いる空気電池
    空気極集電材料。
  2. 【請求項2】 金属線メッシュの金属線はステンレス
    製、ニッケル製、ステンレスにニッケルメッキを施した
    線のうち少なくとも1つを含む線よりなる請求項1記載
    アルカリ電解液を用いる空気電池空気極集電材料。
  3. 【請求項3】 黒鉛導電性塗料は導電性物質として黒鉛
    を含み、バインダーとして塩化ビニル、エポキシ樹脂、
    ポリアミドイミド及び水ガラスのうち少なくとも1つを
    含む塗料からなる請求項1記載のアルカリ電解液を用い
    空気電池空気極集電材料。
  4. 【請求項4】 金属線メッシュに黒鉛導電性塗料を塗布
    した空気電池空気極集電材料を正極集電体として備え
    たことを特徴とするアルカリ電解液を用いた空気電池。
  5. 【請求項5】 金属線メッシュの金属線はステンレス
    線、ニッケル線、ステンレスにニッケルメッキを施した
    線のうち少なくとも1つを含む線よりなる請求項4記載
    アルカリ電解液を用いた空気電池。
  6. 【請求項6】 黒鉛導電性塗料は導電性物質として黒鉛
    を含み、バインダーとして塩化ビニル、エポキシ樹脂、
    ポリアミドイミド及び水ガラスのうち少なくとも1つを
    含む塗料からなる請求項4記載のアルカリ電解液を用い
    空気電池。
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JP2005019146A (ja) * 2003-06-25 2005-01-20 Toshiba Battery Co Ltd 空気電池
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